寬帶-多頻全向微帶天線的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、本文利用數(shù)學(xué)建模的方法分析了旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)微帶天線的遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)，得到了13個(gè)有關(guān)于輻射場(chǎng)相位和幅度的性質(zhì)。然后以這些性質(zhì)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)制作了8款旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的寬帶或多頻全向微帶通信天線。
　　1.低剖面窄帶全向圓極化微帶天線
　　低剖面窄帶全向圓極化微帶天線以中心饋電的圓形微帶天線為基礎(chǔ)，旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地加載了6組渦旋槽和短路柱，分別用于控制遠(yuǎn)場(chǎng)的水平極化和垂直極化。該天線具有尺寸小、剖面低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、全向性好、俯仰面波束寬度寬的特點(diǎn)。

2、
　　2.寬帶全向圓極化天線
　　寬帶全向圓極化天線以低剖面窄帶全向圓極化微帶天線為原型，通過(guò)減小地板半徑、減小介質(zhì)半徑、增加天線高度來(lái)拓寬其工作帶寬，并保持原有的全向圓極化輻射特性不變。該天線同時(shí)工作在三個(gè)模式，它們分別為:TM01模式、圓盤頂部加載單極子模式、TM02模式，這三個(gè)模式可以合并成一個(gè)通帶，從而得到了較寬的工作頻帶。經(jīng)測(cè)試得到:該天線在遠(yuǎn)場(chǎng)輻射右旋圓極化波，阻抗帶寬為57.9％，軸比帶寬為51.7％。

3、　　3.寬帶超低剖面圓極化微帶天線
　　寬帶超低剖面圓極化微帶天線以中心饋電的圓形微帶貼片天線為基礎(chǔ)，旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地加載了短路柱和分支結(jié)構(gòu)，分別用以控制θ極化和ψ極化。該天線同時(shí)工作在三個(gè)諧振模式下，其中第一和第三個(gè)諧振模式分別為圓形微帶天線的TM01模式和TM02模式，第二個(gè)諧振模式處于他們中間受控于分支結(jié)構(gòu)。該天線寬帶工作且輻射錐形右旋圓極化波，阻抗帶寬為35.4％，軸比帶寬為38％，其剖面高度為0.025λ，最大增益可達(dá)4.2

4、dBic。
　　4.應(yīng)用于大型金屬載體平臺(tái)的寬帶低剖面圓極化天線
　　應(yīng)用于大型金屬載體平臺(tái)的寬帶低剖面圓極化天線以中心饋電的圓形微帶貼片天線為基礎(chǔ)，旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地加載了準(zhǔn)橢圓槽、徑向槽以及短路柱。其中準(zhǔn)橢圓槽和徑向槽用于控制遠(yuǎn)場(chǎng)ψ極化，短路柱用于控制遠(yuǎn)場(chǎng)θ極化。該天線同時(shí)工作在準(zhǔn)橢圓槽的一對(duì)簡(jiǎn)并模式下，且該天線在這對(duì)簡(jiǎn)并模式下?lián)碛邢嗨频馁N片表面電流分布，能夠在遠(yuǎn)區(qū)輻射錐形左旋圓極化波。測(cè)試結(jié)果顯示該天線的阻抗帶寬為19.4％，

5、軸比帶寬為25.3％，剖面高度為0.083λ，最大增益可達(dá)6.5 dBic。由于天線的輻射性能對(duì)大地板的電尺寸并不敏感，因而可以直接被安裝在戶外大型金屬載體平臺(tái)上。
　　5.小型化雙頻雙圓極化全向微帶天線
　　小型化雙頻雙圓極化全向微帶天線以中心饋電的圓形微帶貼片天線為基礎(chǔ)，在貼片上旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地加載了兩組不同的曲線槽，分別用于控制兩個(gè)諧振頻率。遠(yuǎn)場(chǎng)的θ極化和ψ極化分別由曲線槽和中心饋電探針提供。該天線工作在TM01模式和TM0

6、2模式下，分別輻射左旋圓極化波和右旋圓極化波，且兩個(gè)模式的諧振頻率之比可通過(guò)調(diào)節(jié)曲線槽的尺寸而改變。這款天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、剖面低，適合安裝在室內(nèi)通信系統(tǒng)中。
　　6.雙頻水平/圓極化全向微帶天線
　　雙頻水平/圓極化全向微帶天線也是以中心饋電的圓形微帶貼片天線為基礎(chǔ)，在地板上旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地加載一組曲線槽用于控制遠(yuǎn)區(qū)的水平極化。該天線同時(shí)工作在TM01模式和TM02模式下，分別輻射全向右旋圓極化波和錐向水平極化波。這兩個(gè)模式的

7、有效工作帶寬分別為9.6％和14.9％，其諧振頻率之比可以通過(guò)調(diào)節(jié)地板上曲線槽的尺寸來(lái)大幅度調(diào)節(jié)。根據(jù)其工作頻率，這款天線可應(yīng)用在WLAN和WiMAX系統(tǒng)中。
　　7.三頻全向微帶天線
　　三頻全向微帶天線是以中心背饋的圓形微帶天線為基礎(chǔ)，旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地加載了6組短路柱和開(kāi)縫橢圓環(huán)槽而成。經(jīng)測(cè)試該天線諧振在2.4 GHz、3.5 GHz、5.7 GHz三個(gè)頻段，其阻抗帶寬分別為3.7％(2.39-2.48 GHz)、5.8％(3

8、.33-3.53 GHz)、17.5％(5.2-6.2GHz)，它們分別屬于頂部加載單極子模式、開(kāi)縫橢圓環(huán)槽的TE110和TE210模式，其中頂部加載單極子模式是由短路柱的引入而得到。該天線的電尺寸為0.48λ×0.48λ×0.048λ，其較低的剖面高度有利于作為室內(nèi)吊頂天線。
　　8.多頻全向印刷單極子天線
　　多頻全向印刷單極子天線是通過(guò)在微帶傳輸線上添加兩個(gè)電流彎曲結(jié)構(gòu)而成。該天線諧振在2.4 GHz、3.5 GHz、